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谈到V,当前车企主要宣传V快充平台,消费者潜意识里认为V就是快充系统。
实际上这个理解有些偏差。准确地说,V高压快充只是V系统的其中一个特征功能。
在这篇文章中,我准备系统性地从五个维度向读者展示一个较为完整的V系统,包括:
1、什么是新能源车上的V系统?
2、为什么会在当下引入V?
3、V系统当前可带来哪些直观收益?
4、当前V系统应用的难点是什么?
5、未来可能的充电布局是什么样的?
01、什么是新能源车上的V系统?
高压系统,包含高压平台上的所有高压部件,如下图为典型搭载水冷V电压平台电池包的新能源纯电车型高压部件。
高压系统的电压平台来源于车辆动力电池包输出电压。
不同纯电车型具体的电压平台范围与各家的电池包串联单体数,单体品类(三元,磷酸铁锂等)相关。
其中,三元电池包串联单体数串约是V的高压。
我们常说的V电压平台是一个宽泛的说法,以V平台极氪为例,其搭载的三元电池包从%SOC到0%SOC时,其电压变化宽度接近V(约V-V)。
高压电池包三维图当前V高压平台下,高压系统所有零件及部件,均在V电压等级下工作,按照V电压等级进行参数设计开发验证。
要实现全V高压平台系统,首先在电池包电压上,需要使用V的电池包,对应大约个三元锂电池单体串联。
其次是电机,空调,充电机,DCDC支持V以及相关线束,高压连接器等所有高压回路上的其他零件按照V要求设计、开发、验证。
在V平台架构发展中,为了兼容市面上的V/V快充桩,相当长一段时间V纯电车会搭载V转V升压DCDC模块。
其功能是根据实际充电桩电压能力,适时决定是否激活升压模块给V电池包充电。
根据性价比的搭配,大致有两类形态:
一类是全V平台架构。
此架构中整车所有零件均为V设计。
全V高压系统架构第二类是高性价比部分V平台架构。
保留部分V部件:由于当前V功率开关器件成本是V级IGBT的数倍,为了整车成本和驱动效率的平衡,主机厂有动力在关键必要的驱动系统上,使用V部件(如电机),保留一部分V零件(如电空调、DCDC)。
复用电机功率器件:由于充电过程中,不需要驱动,对成本敏感的主机厂会复用后桥电机控制器中的功率器件用在V-升压DCDC中。
动力系统V平台架构02、为什么新能源汽车会在当下引入V系统?
当前纯电车型日常驾驶中,约80%电量消耗在驱动电机中。
逆变器即电机控制器控制着电动机,是汽车中的重要组件之一。
三合一电驱系统在SiIGBT时代,V高压平台效率提升小,应用动力不足。
驱动电机系统的效率损耗主要由电机本体损耗及逆变器损耗两部分组成:
第一部分损耗--电机本体损耗:
铜损-电机定子绕组(铜线)上的发热损失;
铁损在电机使用磁力的系统中,因磁力的变化在电机的铁(或铝)的部分产生涡流而导致的热损失(焦耳热);
杂散损耗归结为电荷不规则流动产生的损耗;
风摩损耗。
如下某型V扁线电机,最高效率可达97%,V极氪的威睿电机本体据称最高效率可到98%。
在V阶段已达97-98%的最高效率下,单纯采用V平台,对电机本体损耗的降低空间有限。
第二部分损耗:电机逆变器损耗:
导通损耗;
开关损耗。
如下为本田V平台IGBT电机逆变器效率Map[1]。95%以上高效区比例接近50%。
从两部分损耗现状对比来看:
在电机本体损耗(2%)与电机逆变器损耗(4%)粗略对比中,逆变器损耗相对占大头。
因此,汽车的续航里程与驱动电机主逆变器的效率更为相关。
在第三代功率半导体SiCMOSFET成熟之前,新能源车功率部件如驱动电机上使用SiIGBT作为逆变器的开关器件,配套耐压等级主要为V左右,更高耐压等级的IGBT主要用于电网,电力机车等非消费场合。
从可行性角度,新能源乘用车理论上可使用耐压等级1V的IGBT作为V电机控制器的功率开关,在IGBT时代即开发V系统。
从性价比角度,V电压平台对电机本体效率提升有限,延续使用1VIGBT对损耗占大头的电机逆变器效率无提升,反而带来一系列开发成本上升,大部分车企在IGBT时代没有动力应用V平台。
到了SiCMOSFET时代,由于关键零件诞生,V系统的性能开始得到完善.
第三代半导体材料碳化硅功率器件问世后,因其优良特性得到了广泛
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